Discussão dos resultados obtidos nas otimizações

As indústrias de processamento de produtos alimentícios utilizam os processos de aquecimento e resfriamento como forma de garantir a preservação de determinados tipos de alimentos (LINS, 2013). Entretanto, nesses processos, onde ocorre a retirada ou fornecimento de calor, parâmetros termofísicos do produto, como a difusividade térmica, condutividade térmica, dentre outros, precisam ser conhecidos para que tais processos sejam descritos, o tempo definido e a segurança alimentar garantida (TRES et al., 2011; FARIAS et al , 2012a, SPARAVIGNA, 2012; ATAÍDE, 2014).

Na pasteurização, processo utilizado no presente trabalho, é de fundamental importância garantir que a temperatura correta seja alcançada em todos os pontos do produto, inativando ou destruindo os micro-organismos patogênicos. Este processo envolve o aquecimento, que ocorre em regime transiente, o período de equilíbrio, com a temperatura constante, que acontece em regime permanente e o resfriamento rápido que ocorre em regime transiente. É o período de equilíbrio térmico, mantido por determinado tempo, quem garante que todos os pontos do produto atingiram a temperatura de inativação de micro-organismos.

Os parâmetros termofísicos, podem ser utilizados em simulações da cinética de penetração do calor em todo o produto, inclusive nos pontos mais desfavoráveis, e assim, determinar o tempo necessário para inativar tais agentes.

147 Um dos parâmetros mais importantes em processos de transferência ou remoção de calor é a difusividade térmica. Fisicamente, representa a capacidade de um produto conduzir calor com a capacidade de armazená-lo (BETTA et al., 2009). Ela indica a velocidade com que o calor se propaga através da substância, permitindo conhecer como alguns parâmetros físico-químicos são alterados. É influenciada pelo conteúdo de água, pela porosidade e pela temperatura (OLIVEIRA, 2014; SOUZA et al, 2015).

Na literatura podem ser encontrados alguns trabalhos que relacionam a variação da difusividade térmica como consequência da variação da temperatura e da umidade durante os processos. É importante ressaltar que a difusividade térmica pode variar de um local para outro dentro de um mesmo produto, caso ele não seja homogêneo.

Os trabalhos de Bhowmik e Hayakama (1979); Alvarado (1994); Vieira (1996); Simões (1997); Pereira (2001); Junior et al. (2007); Tres et al., (2011); Farias et al.,2012b; Ataíde (2014); Costa (2015); Araújo (2018) e Silva et al. (2018a), são alguns desses estudos que enfatizam a variação da difusividade térmica em função da variação da temperatura do produto, durante o processamento. Entretanto, também é possível encontrar na literatura resultados que expressam o valor constante da difusividade térmica aparente dos produtos analisados (CARCIOFI et al., 2002; CARBONERA et al., 2003; PLAZL et al., 2006; BAÏRI et al., 2007; HUANG, 2007; BETTA et al., 2009), dentre outros.

Na presente pesquisa, o valor determinado para a difusividade térmica constante foi e valor da média da difusividade térmica variável com a temperatura local foi . A difusividade térmica em função da temperatura, para a polpa da manga, obtida pela otimização, é dada pela expressão α(T)= 1,212x10-7_cosh(1,80x10-4_T2_{). Na literatura, é vasta a existência de} pesquisadores que usaram métodos diferentes com o objetivo de determinar a difusividade térmica de polpas de frutas, e que concluíram em suas pesquisas a variação da difusividade com a temperatura local. Alguns desses trabalhos são apresentados a seguir e pode-se observar que os resultados encontrados não diferem de maneira significativa dos valores obtidos neste trabalho.

148 Simões e Murr (2000) determinaram a difusividade térmica para quatro amostras diferentes de polpa de manga (polpa Integral, peneirada, centrifugada e concentrada) e verificaram a influência dos sólidos totais, solúveis e insolúveis nos resultados obtidos. Eles encontram os seguintes resultados para as difusividades térmicas: 1,41 x 10-7 m2s-1 para a polpa integral, 1,39 x 10-7 m2s-1 para a polpa centrifugada, 1,38 x 10-7 m2s-1 e 1,28 x 10-7 m2s-1 para a polpa concentrada. De acordo com resultados obtidos, eles concluíram que os sólidos insolúveis não influenciaram de maneira significativa na determinação da difusividade térmica e que os sólidos solúveis ocasionaram pequeno aumento nas difusividades encontradas.

Silva, M. et al. (2010), aplicou o método Flash para determinar as propriedades termofísicas (difusividade térmica e condutividade térmica) da polpa de acerola. De acordo com eles, difusividade térmica foi determinada em um aparelho micro-flash, modelo LFA 457 da Netzch e a condutividade térmica foi calculada no próprio equipamento Flash a partir do conhecimento das outras propriedades termofisicas. Os valores encontrados para a difusividade térmica em função da temperatura variaram de 1,88 x 10-7 m2s-1 a 2,14 x 10-7 m2s-1. Ainda segundo os autores, esses valores estão próximos dos valores encontrados na literatura para diversas polpas de frutas, que estão na faixa de 1 x 10-7 m 2s-1 a 2 x 10-7 m2 s-1. Eles também afirmaram que a difusividade térmica aumentou com a temperatura local, o que segundo eles, está de acordo com o trabalho de Souza (2008), que determinou a difusividade térmica variável da polpa de framboesa, amora, mirtilo e morango.

Lins (2013) determinou parâmetros termofisicos em corpos com geometria cilíndrica, trabalhando com pasteurização de agar gel, creme custard e purê de tomate.

A expressão encontrada por ele para a difusividade térmica, α(T) = bexp (aT12) difere da

encontrada neste trabalho. É possível que isto tenha acontecido por que ele trabalhou com polpas diferentes, que neste trabalho foi a polpa de manga. Ele afirmou, que de acordo com os resultados obtidos, a melhor expressão para a difusividade térmica aparente é crescente com a temperatura local.

Ataíde (2014), trabalhando com pasteurização de polpa de mamão e polpa de caju, quando considerou constante a difusividade térmica aparente encontrou o valor de

149 α =1,37x10-7 _m2_s-1 _{para o mamão e α =1,36x10}-7 _m2_s-1 _{para o caju. Esses valores} mostram bastante coerência com os valores obtidos no presente estudo. No caso da difusividade térmica em função da temperatura local, as expressões encontradas por ele também apresentaram boa semelhança com a da presente pesquisa, para esta situação

ele encontrou, α(T)=1,243x10-7x cosh (1,756x10-4xT2) para o mamão e α(T) =1,201x10-7_{x cosh (11,979x10}-4_xT2_{) para o caju. De acordo com ele, os} resultados do trabalho foram coerentes com valores encontrados na literatura.

Costa (2015) trabalhou com a pasteurização polpa de jaca. Ele utilizou dois recipientes cilíndricos de diâmetros diferentes os quais ele denominou de C1, com diâmetro 35,92 mm e comprimento de 32,23 mm e C2, com diâmetro de 49,96 mm e comprimento de 57,68 mm. De acordo com ele, estes experimentos tinham o objetivo de encontrar a melhor expressão, por otimização, para a difusividade térmica. Como resultado da pesquisa, ele afirmou que a melhor função para expressar a difusividade térmica variável com a temperatura local foi α(T) = 2,959766 x 10-3T + 1,337118 x10-7. Ele afirmou ainda que, durante o aquecimento, a difusividade térmica aparente da polpa de jaca é crescente com a temperatura local.

Spessotto e Gut (2015) usaram método da sonda linear de aquecimento com imobilização do meio com ágar em diferentes temperaturas, com o objetivo de determinar as propriedades térmicas (condutividade térmica, difusividade térmica e calor específico) do suco da laranja da variedade Pera, polpa de manga da variedade Palmer e do suco de maçã. Eles obtiveram valores experimentais ligeiramente diferentes dos esperados. Segundo os autores, essa diferença pode ter sido ocasionada pela adição do ágar, pela calibração do equipamento ou por erros nas medições. Para a polpa da manga, na faixa de temperatura entre 10 °C e 50 °C, eles encontram a expressão α (T) = -3,86x10-6.xT2 + 4,70x10-4.T + 1,31x10-1 para difusividade térmica e R2 = 0,987. O método utilizado não permitiu que as propriedades térmicas fossem determinadas acima de 60 °C, o que segundo os autores, é uma limitação importante.

Batista et al. (2016) utilizaram o método gráfico de Heisler na determinação da condutividade e difusividade térmica em alimentos cuja geometria se aproximava de cilindros. Eles trabalharam com cenoura e pepino, que foram imersos em água a 100 °C

150 por vinte minutos. De acordo com eles, o diâmetro da amostra de cenoura foi de 37,04 mm e da amostra de pepino de 36,25 mm. Ainda de acordo com os autores, depois de decorridos 20 minutos da imersão, os produtos foram retirados da água e o processo de aferição das temperaturas no centro e na superfície foi iniciado com auxílio de termopares, considerando a primeira medida como o tempo zero. Após o tempo inicial, as temperaturas dos produtos foram aferidas de 5 em 5 minutos até atingir o tempo estabelecido de 20 minutos. Os valores encontrados por eles para a difusividade térmica da cenoura foi de 1,580x10-7 m2 s-1 e para a difusividade térmica do pepino foi 1,615x10-7 m2 s-1. Eles concluíram o trabalho afirmando que método de Heisler mostrou-se eficiente, apresentando valores satisfatórios obtidos de forma mais simplificada quando comparada a outros métodos de determinação das propriedades termofísicas de alimentos.

A Tabela 4.10 mostra os valores de difusividade térmica de algumas frutas, os pesquisadores e o ano da publicação do trabalho.

Tabela 4.10 - Difusividade térmica de algumas frutas.

Fruta Pesquisador Difusividade térmica

α (x 10-7

m2 s-1)

Banana Singh e Heldman (1993) 1,42

Limão Singh e Heldman (1993) 1,07

Manga Simões (2000) 1,28 a 1,41

Cajá Silva et al (2002) 2,29 a 1,39

Umbu Lima et al. (2003) 1,35 a 1,52

Figo Sarria e Honório (2004) 1,56

Cupuaçu Araújo et al. (2004) 1,31

Mamão papaya Kurozawa et al (2008) 1,03 a 1,18

Morango Souza (2008) 1,45 a 1,62

Caju Ataíde (2014) 1,36

Mamão Ataíde (2014) 1,37

Jaca Costa (2015) 1,46

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